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• Junior Mendoza Porras

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MICROORGANISMOS EN EL MEDIO AMBIENTE Microorganismo: Los microorganismos son aquellos seres vivos más diminutos que únicamente pueden ser apreciados a través de un microscopio. En este extenso grupo podemos incluir a los virus, las bacterias, levaduras y mohos que pululan por el planeta tierra.

Ambiente Se define como aquel espacio en el cual tiene lugar algún tipo de intercambio natural que hace posible en él la vida.

SIGNIFICADO DE LOS MICROORGANISMOS EN EL AMBIENTE: El papel de los microorganismos en el ambiente es doble: (1º) suministran los compuestos inorgánicos con una valencia adecuada para que las plantas superiores puedan utilizarlos (ciclos del nitrógeno y del azufre) (2º) contribuyen a la continua descomposición y mineralización de la materia orgánica en putrefacción. LOS MICROORGANISMOS EN LOS ECOSISTEMAS

Son indispensables para la adecuada circulación de materiales dentro de los ecosistemas. Esta circulación se realiza al interior de los llamados Ciclos biogeoquímicos. Los microorganismos son los únicos seres vivos con un sistema enzimático capaz de transformar compuestos orgánicos en inorgánicos y viceversa. De esta manera constituyen el puente que une los diferentes eslabones de las cadenas tróficas y evitan que se pierda la continuidad en dichos ciclos.

DESCOMPOSICION DE LA MATERIA ORGANICA

La existencia de la mayoría de ecosistemas está garantizada por el papel desempeñado por los organismos autótrofos. Gracias a estos, la materia inorgánica (luz, CO2, SO4, entre otros) es convertida en materia orgánica (azucares, proteínas, etc.), que puede ser utilizada por los organismos heterótrofos. Los desechos producidos tanto por autótrofos como por heterótrofos (en su mayoría de tipo orgánico) deben ser convertidos a formas inorgánicas para que puedan ser utilizados nuevamente por los autótrofos. Esta conversión se realiza a través del proceso de descomposición, a cargo de hongos y bacterias.

FIJACION BIOLOGICA DE NITROGENO

El nitrógeno molecular (N2) es uno de los gases más abundantes en la atmosfera. Sin embargo, es químicamente inerte y no puede ser aprovechado por la mayor parte de formas vivientes. Todas las plantas requieren en su metabolismo de compuestos nitrogenados solubles y estos siempre son muy escasos en el suelo y el agua. Algunos microorganismos como las cianobacterias y las bacterias convierten el nitrógeno molecular en formas asimilables por las plantas. Dichas bacterias viven en simbiosis en las raíces de algunas plantas, como las leguminosas (trébol, frijol, habas, arvejas, etc.). Allí forman unos abultamientos llamados Nódulos radiculares donde la planta le suministra a la bacteria los elementos necesarios para vivir y está a cambio le proporciona componentes nitrogenados.

MICROORGANISMOS EN ECOSISTEMAS ACUÁTICOS Los ecosistemas acuáticos típicos son los océanos, los lagos, las lagunas, las charcas y las aguas corrientes.

OCÉANOS

Los productores primarios en el mar son las algas unicelulares, el fitoplancton. La cadena alimenticia implica, bacterias protozoos, artrópodos, peces y otros. A pesar

de que los océanos son los mayores captadores y almacenadores de energía solar aportan muy poco a la producción de nutrientes; tan sólo el 5-10% de la proteína producida sobre la Tierra procede de los océanos. La productividad está distribuida de forma muy irregular. Esta heterogeneidad entre la producción primaria y secundaria ocasiona que la mayor parte del mar abierto sea técnicamente un desierto mientras que las zonas de afloramiento y las zonas costeras sean las mayores productoras de biomasa. Esta distribución es debida a la limitación de la producción primaria por los nutrientes, principalmente nitrato y fosfato. La captación por los océanos de las aguas ricas en nutrientes no tiene el efecto de una contaminación sino que es una premisa para la producción de biomasa en los océanos. Las transformaciones bacteriológicamente interesantes tienen lugar en las zonas litorales del mar, en las regiones de desembocaduras, intermareales, las marismas y las zonas de aguas salobres. La presencia constante de sulfato en el agua de mar tiene como consecuencia que en las zonas y microhábitats anaeróbicos se desarrollen bacterias reductoras de sulfatos y produzcan sulfuro de hidrógeno, cuya presencia condiciona el resto de la flora bacteriana. Producción primaria de biomasa en los fondos marinos. La vida de todos los microorganismos heterótrofos se basa en la biomasa que los vegetales ponen a su disposición a través de la fotosíntesis. La biomasa producida por las bacterias quimiolitotróficas parece proporcionalmente despreciable. Una excepción la constituye la producción primaria de biomasa en las fosas marinas afóticas. En las zonas de separación de los continentes se forman unas fosas en las que penetra magma desde abajo y agua marina desde arriba. El agua que vuelve a salir del fondo marino contiene gases disueltos (NH3, H2S, H2, CO2, CH4) y minerales (Ca2+, Fe2+, Mn2+, Cu2+). En contacto con las aguas profundas que contienen sulfatos y oxígeno, estos iones forman precipitados, que rodean formando un manto el chorro emergente. Estas rendijas de emergencia se conocen como fumarolas. Esta denominación se basa en las columnas de humo que forma el chorro de agua caliente que sale a 350 ºC cuando se mezcla con el agua profunda del mar. En las proximidades de estas fumarolas surgen también de las rocas basálticas fraccionadas aguas enriquecidas en gases disueltos (fuentes termales). Estas zonas llaman la atención por el exuberante crecimiento de moluscos, cangrejos y helmintos. Estos animales se alimentan de bacterias; entre ellas predominan las especies oxidadoras de sulfhídrico. Crecen en suspensión o sobre superficies, así como en relaciones endosimbióticas con otros organismos, como los helmintos. Por tanto, en los fondos marinos afóticos existen ecosistemas cuya producción primaria de biomasa no se debe a la fotosíntesis, sino a la quimiolitoautotrofía.

LAGOS Los lagos, las lagunas y las charcas son ecosistemas bien delimitados, acuáticos y de fácil descripción. Contienen siempre zonas aeróbicas y anaeróbicas.

La situación física del agua tiene una gran influencia en los procesos biológicos en lagos y lagunas. La mayor densidad del agua se alcanza a los 4 ºC. Al aumentar la profundidad se modifica la temperatura de las aguas y puede darse una estratificación estacional más o menos estable. La estratificación se presenta en dos tipos de lagos. Un tipo está representado por los lagos de agua dulce de las zonas templadas. En primavera se calienta por el Sol el agua fría de los lagos. La superficie está más caliente; tiene una densidad menor. Se denomina epilimnion. Flota sobre la capa de agua más fría, el hipolimnion. Una zona de transición, la termoclina o el metalimnion, separa ambas capas. La frontera entre las dos zonas puede ser muy precisa. En los lagos profundos la estratificación puede permanecer durante todo el verano. Debido a los procesos degradativos consumidores de oxígeno, éste desaparece en el sedimento y el hipolimnion se convierte en anaeróbico. El epilimnion está en contacto con el oxígeno y se mezcla por el viento, permaneciendo generalmente aeróbico. Por ello, la estratificación tiene como consecuencia también un gradiente de las condiciones redox y de los parámetros químicos. Por ello a la termoclina se la denomina también quimioclina o capa de discontinuidad redox. En otoño se enfría el epilimnion. Si la temperatura del epilimnion es inferior a la del hipolimnion puede darse una mezcla de las dos capas, favorecida por las tormentas otoñales. Esta mezcla de otoño acaba con la zonación. Esta circulación total anual tiene como consecuencia que las capas profundas de agua pasen a la zona superior y se enriquezcan de nuevo con oxígeno. Además, las aguas profundas ricas en nutrientes se distribuyen de forma regular y homogénea. Los lagos con una circulación completa se denominan holomícticos. En invierno puede darse una estratificación inversa. Las aguas profundas tienen una temperatura de 4 1C, y por encima se encuentra una capa de aguas más frías, que tiene una densidad menor, y posiblemente una capa de hielo. Si la temperatura del agua superior supera en primavera los 4 1C desaparece la estratificación. Si el agua profunda rica en nutrientes llega a la superficie, tiene lugar un crecimiento masivo de cianobacterias ("floración"). El grado de transformaciones y de producción biológica depende del grado trófico (contenido de nutrientes) de las aguas; en los lagos eutróficos las transformaciones antes mencionadas son muy aparentes, en los lagos oligotróficos sólo se intuyen. Los lagos meromícticos y amícticos se diferencian de los holomícticos en que en ellos sólo se da una mezcla parcial, o no se da en absoluto, por lo que se establece un hipolimnion anaeróbico estable ("monimolimnion") y que se mantiene independientemente de la estación del año. Estas estratificaciones permanentes se dan en lagos tropicales, en los que las aguas superficiales bajan a temperaturas por debajo de la de las aguas profundas. Los lagos meromícticos se encuentran también en las zonas templadas. La estabilidad de la estratificación se favorece, la mayoría de las veces, por un elevado contenido salino de las aguas profundas o por particularidades geográficas. AGUAS CORRIENTES

En las aguas corrientes naturales, no contaminadas, el contenido de microorganismos es tan bajo que el agua suele tener una apariencia cristalina. Debemos recordar que una suspensión de 106 bacterias/ml aún no se ve turbia a simple vista. La composición de la microflora y la microfauna en las aguas corrientes es un buen indicador del grado de contaminación. Siempre que se encuentre la pulga de agua, ésta está limpia. El "hongo de las aguas residuales", Sphaerotilus natans indica ya una fuerte contaminación orgánica y el olor a sulfuro de hidrógeno demuestra una reducción anaeróbica de los sulfatos y debe tomarse como una señal de alarma. AGUAS RESIDUALES: DEPURADORAS Una depuradora es, en su concepción, agua corriente en la que la carga orgánica es degradada aeróbica y anaeróbicamente por hongos y bacterias. Las contaminaciones de las aguas residuales pueden ser de distinto tipo, según lleven únicamente excrementos y residuos urbanos, o también abonos, aguas de mataderos u otros residuos industriales. La purificación de las aguas residuales tiene como objetivo liberar a estas aguas de los componentes sólidos y líquidos, minerales y orgánicos, antes de ser conducidos a los ríos. Es necesario un gran costo para mineralizar por vía microbiana la materia orgánica.

El contenido en materia orgánica degradable por vía microbiana se mide por el parámetro "demanda biológica de oxígeno" (DBO). Esta es la cantidad de oxígeno necesaria para la respiración del material orgánico allí presente por los microorganismos. La DBO5 indica, por ejemplo, la cantidad de oxígeno (mg) que sería consumida por la microflora para respirar la respirar la materia orgánica en 5 días. La "demanda química de oxígeno" (DQO), indica el oxígeno necesario para la oxidación total (química) hasta CO2 y H2O.

MICROBIOLOGÍA DEL AIRE La atmósfera no tiene una microbiota autóctona pero es un medio para la dispersión de muchos tipos de microorganismos (esporas, bacterias, virus y hongos), procedentes de otros ambientes. Algunos han creado adaptaciones especializadas que favorecen su supervivencia y permanencia. Los microorganismos dispersados por el aire tienen una gran importancia biológica y económica porque producen enfermedades en plantas, animales y humanos, causan alteraciones en los alimentos y materiales orgánicos y contribuyen al deterioro y corrosión de monumentos y metales. El transporte se realiza sobre partículas de polvo, fragmentos de hojas secas, piel, fibras de ropa, en gotas de agua o en gotas de saliva eliminadas al toser, estornudar o hablar.

HISTORIA La microbiología del aire comenzó en el siglo XIX con la intención de descubrir la causa de algunas enfermedades; como sucedió durante la epidemia de cólera que apareció en Europa en 1847 y 1848, en donde se descubrieron “gérmenes” en el aire de los hospitales, causantes de ésta enfermedad. Se demostró la presencia en el aire de varias bacterias patógenas como Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, Mycobacterium tuberculosis, etc. y que, por tanto, a través de él, podían transmitirse enfermedades infecciosas como la escarlatina, tuberculosis, tosferina y rubéola.

AEROBACTERIAS Las dimensiones y la dinámica en cada capa atmosférica dependen de: la Orografía, tipo de suelo, dosel del lugar Consecuentemente el comportamiento de una atmósfera urbana es diferente de una rural Las concentraciones de aerobacterias registradas durante el día son más abundantes en: urbana> bosques> rural> zona costera. En la zona urbana la concentración de partículas es mayor porque: Está asociado a diversas fuentes antropogénicas ,a la contaminación del suelo Y a la turbulencia

LAS FUENTES DE LAS AEROBACTERIAS En la atmósfera se pueden introducir una gran variedad de Partículas de origen biológico: Granos de polen, Esporas fúngicas, Bacterias, Algas, Protozoarios, Virus.

MICROBIOLOGÍA DEL SUELO MICROBIOLOGIA DEL SUELO Existe una gran diversidad de microorganismos que viven en el suelo. El número y tipos de microorganismos presentes en el suelo dependen de diversos factores ambientales como son los nutrientes, humedad, aireación, temperatura, pH, prácticas agrícolas, etc. Existen del orden de varios miles de millones de bacterias por gramo de suelo. La mayor parte son heterótrofos, siendo comunes los bacilos esporulados, los actinomicetos que son los responsables del olor a tierra mojada, y en la rizosfera (región donde el suelo y las raíces de las plantas entran en contacto) especies de los géneros Rhizobium y Pseudomonas. 1. − Ciclos biogeoquímicos El planeta Tierra actúa como un sistema cerrado en el que las cantidades de materia permanecen constantes. Sin embargo, sí existen continuos cambios en el estado químico de la materia produciéndose formas que van desde un simple compuesto químico a compuestos complejos construidos a partir de esos elementos. Algunas formas de vida, especialmente las plantas y muchos microorganismos, usan compuestos inorgánicos como nutrientes. Los animales requieren compuestos orgánicos más complejos para su nutrición. La vida sobre la Tierra depende del ciclo de los elementos químicos que va desde su estado elemental pasando a compuesto inorgánico y de ahí a compuesto orgánico para volver a su estado elemental. Los microorganismos son esenciales en estas transformaciones químicas Características físicas del suelo Difieren con profundidad, propiedades físicas, composición química y origen. Estos pueden clasificarse como suelo. Minerales y orgánicos. Los suelos minerales contienen materia sólida mayormente inorgánica. Los suelos orgánicos contienen poca materia inorgánica. Composición del suelo El suelo está compuesto de diversas capas. A dichas capas se les llama horizontes y cada una se caracteriza por su composición abiótica y/o biótica.

Horizonte A Aquí encontramos los minerales y la materia orgánica en distintos estados de descomposición. En esta capa se localiza el humus. El humus se define como el conjunto de residuos orgánicos, vegetales y animales que se incorporan al suelo y cuya degradación es difícil de realizar por microorganismos. La importancia de éste, es que mejora la textura y estructura del suelo, aumentando así su capacidad de retener agua y reduciendo los cambios en el pH. Además sirve como reserva de materiales nutritivos en el suelo. Horizonte B En esta capa encontramos partículas finas y minerales. Horizonte C Este se compone de materia mineral solamente. Horizonte D Esta capa posee roca sólida bajo el suelo, es importante para la formación de acuíferos. En Puerto Rico los acuíferos se localizan al norte de la isla, siendo éstos muy importantes como reserva de agua. MATERIAL SÓLIDO DEL SUELO: El material sólido que forma parte del suelo es muy diverso y se divide en dos clases: material orgánico y material inorgánico. MATERIAL INORGÁNICO

1. Partículas coloidales: Provienen de la erosión de las rocas subyacentes y están constituidos por minerales arcillosos. Tienen gran capacidad de adsorción convirtiéndose en almacenes de agua y nutrientes para las plantas. 2. Minerales: Los principales son el cuarzo y diversos silicatos procedentes de la disgregación de las rocas ígneas y metamórficas. 3. Óxidos: Principalmente los óxidos de hierro de ahí la típica coloración ocre. Y en menor proporción los óxidos de magnesio, titanio, aluminio y cinc. 4. Los carbonatos: El principal es el carbonato cálcico, son una gran fuente de carbono con abundante presencia en el suelo. MATERIAL ORGÁNICO: Consiste en una mezcla de biomasas, plantas parcialmente degradadas, organismos vivos microscópicos y el humus. El humus es el residuo originado por la acción de hongos y bacterias sobre las plantas y esta compuesto por una fracción soluble y una fracción insoluble: la humina. Este componente desempeña un papel importante en los procesos físicos y químicos que tienen lugar en el suelo.

PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS Cada suelo se caracteriza por sus propiedades físicas y químicas. El conocimiento de las características físico−químicas de un suelo, nos permitirá prever la dinámica de las sustancias contaminantes: 1. LA POROSIDAD: Condiciona la movilidad de los compuestos solubles y de los volátiles. 2. LA TEMPERATURA: De ella dependen los procesos de alteración de los materiales originarios o la difusión de los contaminantes 3. LOS PROCESOS ÁCIDO−BASE: Influyen en el grado de descomposición de la materia orgánica y delos minerales, en la solubilidad de algunos contaminantes y en conjunto, los procesos controlados por el Ph del suelo. 4. LAS REACCIONES REDOX: Originados en el metabolismo de los microorganismos del suelo, afectan a elementos naturales y contaminantes. 5 LAS PROPIEDADES COLOIDALES: Explican los procesos de agregación e inmovilización de partículas. 6. LAS INTERACCIONES SUPERFICIALES: Como por ejemplo la adsorción entre componentes del suelo y otros compuestos ya sean naturales o contaminantes. 7. LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO IÓNICO: Corresponde a la cantidad de iones metálicos que una determinada cantidad de suelo es capaz de intercambiar. Estos intercambios son vitales para que los iones metálicos puedan acceder a la planta. 8.La modificación o transformación por contaminación, deforestación, de alguno de los factores que conforman un suelo implica un desequilibrio que afecta al resto de los factores y activa normalmente, procesos de regresión en ese suelo.